CN209197669U - 一种多功能柔性测斜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多功能柔性测斜系统，包括多个测量节点，设置在待测位置；数据采集器，与测量节点通过总线连接；数据服务器，与数据采集器通讯连接；测量节点包括：三轴加速度传感器，用于检测待测位置的加速度；磁力计传感器，用于检测待测位置的方位角；温度传感器，用于检测待测位置的温度；处理器，与三轴加速度传感器、磁力计传感器和温度传感器连接；RS485接口，与处理器和总线连接。本多功能柔性测斜系统，通过多节点的加速度测量和方位角测量，为后期实现深度测斜和水平沉降监测提供可靠的数据支持，同时加速度测量还是后期实现振动的监测功能的主要参数，且结构上采用总线连接这样的软连接形式，解决目前行业产品的相关缺点和问题。

Description

一种多功能柔性测斜系统

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，特别涉及一种多功能柔性测斜系统。

背景技术

目前，在我国土木工程事故频繁发生，如桥梁的突然坍塌、房屋倒塌、山体滑坡等，造成了重大的人员伤亡和财产损失，已经引起人们对于重大工程安全性的关心及重视。另外，我国有一大部分桥梁和基础设施都是在20世纪五六十年代建造的，经过这么多年的使用，它们的安全性能如何？是否对人民的生命财产构成威胁？这些都是亟待回答的问题。近些年，地震，洪水、暴风等自然灾害也对这些建筑物和结构造成不同程度的损伤；这些越来越引起人们的密切关注。对重大工程结构的结构性能进行实时的监测和诊断，及时发现结构的损伤，并评估其安全性，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全有极其重大的意义，已经成为现代工程越来越迫切的要求，也是土木工程学科发展的一个重要领域。结构健康监测系统可以实时采集反结构服役状况的相关数据，采用一定的损伤识别算法判断损伤的位置与程度，及时有效地评估结构的安全性，预测结构的性能变化并对突发事件进行预警，因而可以较全面地把握结构建造与服役全过程的受力与损伤演化规律，土木是保障大型工程结构隐建造和服役安全的有效手段之一。

目前市场上使用的测斜仪通常都是硬连接的多个角度传感器通过总线连接在一起实现多节点角度测量功能，功能比较单一，结构复杂，通用性差，安装、运输和维护难度大，综合成本高。

实用新型内容

本实用新型提供一种多功能柔性测斜系统，通过多节点的加速度测量和方位角测量，为后期实现深度测斜和水平沉降监测提供可靠的数据支持，同时加速度测量还是后期实现振动的监测功能的主要参数，且结构上采用总线连接这样的软连接形式，解决目前行业产品的相关缺点和问题，扩展了应用范围，大大降低了整体系统的复杂度和系统的成本；系统后期维护工作简单，费用少。

本实用新型提供一种多功能柔性测斜系统，包括：

多个测量节点，设置在待测位置；

数据采集器，与所述测量节点通过总线连接；

数据服务器，与所述数据采集器通讯连接；

所述测量节点包括：

三轴加速度传感器，用于检测待测位置的加速度；

磁力计传感器，用于检测待测位置的方位角；

温度传感器，用于检测待测位置的温度；

处理器，与所述三轴加速度传感器、磁力计传感器和温度传感器连接；

RS485接口，与所述处理器和总线连接；

所述处理器将三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据通过RS485接口发送到总线上，所述数据服务器通过所述数据采集器从总线上接收三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据。

可选的，测量节点还包括：

时钟电路，与所述处理器连接；

存储电路，与所述处理器连接。

可选的，多功能柔性测斜系统还包括：移动终端，与所述数据服务器连接；

可选的，移动终端包括：

壳体；

显示器，设置在所述壳体上表面；

按键，设置在所述壳体上表面，位于所述显示器下方；

控制器，与所述显示器、按键连接；

无线通讯模块，与所述控制器连接。

可选的，移动终端包括两个固定脚，分别设置在所述移动终端的下表面的左右两边缘；所述固定脚的截面为L型，用于将所述移动终端固定到柱子上；

多个固定装置，设置在所述固定脚内侧；

所述固定装置包括：

固定垫，用于顶住柱子从而使移动终端固定到柱子上；

弹簧，一端与所述固定垫固定连接，另一端与所述固定脚连接。

可选的，固定垫包括：

固定底座，在所述固定底座侧面下端设置有外螺纹，所述固定底座底端与所述弹簧连接；

橡胶垫，设置在所述固定底座上，与所述固定底座连接；

所述固定脚在所述固定脚与所述弹簧连接位置设置有凹槽孔，所述凹槽孔大小与所述弹簧大小相适应，在所述凹槽孔下方设置有空腔，所述空腔与所述凹槽孔连通，在所述空腔内设置有固定板，所述固定板与所述弹簧固定连接，所述固定板大小大于所述凹槽孔大小，在所述凹槽孔上端设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

可选的，移动终端侧面设置有可容纳所述固定脚的凹槽，在所述凹槽两侧分别设置一条导轨槽，两条导轨槽呈镜像设置；

导柱，两端分别设置在导轨槽内，所述导柱沿导轨槽的方向移动，在所述固定脚一端设置有可供导柱穿过的贯穿孔。

可选的，移动终端还包括固定脚卡扣装置，设置在所述移动终端侧面，位于所述凹槽下方，用于当所述固定脚从其存放的凹槽内移动出来时，卡扣住固定脚；

所述固定脚卡扣装置包括：

两个镜像设置的卡扣体，所述卡扣体为柱体，在一侧设置有突起，所述突起的底端为一个平面，所述突起的高度从所述突起与所述卡扣柱连接位置逐渐减少直至为零；所述突起底端与所述卡扣柱底端之间的距离等于所述固定脚的厚度。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种多功能柔性测斜系统的示意图；

图2为本实用新型实施例中一种多功能柔性测斜系统的测量节点的示意图；

图3为本实用新型实施例中又一种多功能柔性测斜系统的测量节点的示意图；

图4为本实用新型实施例中又一种多功能柔性测斜系统的示意图；

图5为本实用新型实施例中一种移动终端的示意图；

图6为本实用新型实施例中一种移动终端的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中一种固定装置的示意图；

图8为本实用新型实施例中一种固定脚卡扣装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种多功能柔性测斜系统，如图1所示，包括：

多个测量节点1，设置在待测位置；

数据采集器2，与测量节点1通过总线连接；

数据服务器3，与数据采集器2通讯连接；

如图2所示，测量节点包括：

三轴加速度传感器11，用于检测待测位置的加速度；

磁力计传感器12，用于检测待测位置的方位角；

温度传感器13，用于检测待测位置的温度；

处理器14，与三轴加速度传感器11、磁力计传感器12和温度传感器13连接；

RS485接口15，与处理器14和总线连接；

处理器14将三轴加速度传感器11检测的加速度数据、磁力计传感器12检测的方位角数据和温度传感器13检测的温度数据通过RS485接口15发送到总线上，数据服务器3通过数据采集器2从总线上接收三轴加速度传感器11检测的加速度数据、磁力计传感器12检测的方位角数据和温度传感器13检测的温度数据。

上述多功能柔性测斜系统的工作原理及有益效果为：

处理器将三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据通过RS485接口发送到总线上，数据服务器通过数据采集器从总线上接收三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据。

数据服务器获取三轴加速度数据并通过算法可以计算出任意空间角度和三个轴向的振动数据，计算方法为现有技术。每个节点的长度是已知并固定不变的，深度测斜功能是通过对多个测量节点的角度变化计算出节点累计横向位移而达到结构监测的目的，所以角度测量的精度和稳定性决定了系统的性能，三轴加速度传感器本身内部集成了温度传感器，此温度与传感器本身的温度保持一致，通过温度修正算法可以修正温度对测量结果的影响来达到高精度采样的目的；在沉降监测应用中通过多个节点的角度变化计算出每个节点的下沉数据，通过找到规律性的角度变化，可以计算出具体某个点的下降高度，可以在展示页面直观的展示沉降系统的每个测量节点的高度数据，是否存在结构沉降现象；在桥梁监测项目中经常会同时需要沉降监测和振动监测，此时三轴加速度传感器同时具备了振动传感器的功能，振动数据和沉降数据会同时计算并上报。磁力计传感器采用数字高精度磁力传感器，用来获取当前的方位角，磁力计本身会受到环境磁场的影响，所以在使用前需要校准操作才能保证结果的精度。在深度测斜应用中每个节点的方位角在产品组装时已经固定，但生产本身具有一定的误差会导致方位角的偏移，如此在测斜应用中将导致位移数据的误差变大，磁力计可以修正此生产偏差，提高系统测量精度。温度传感器采用高精度数字传感器，用来获取节点附近的温度，对整个测量节点结果进行温度修正以达到更高精度的目的。温度传感器数据也作为测量系统的一个功能被展示，在大坝边坡等应用场景中，不同深度的温度是不同的，可在系统展示页面中直观的了解地下的温度情况。尽管在三轴加速度传感器内部集成了温度传感器，但内部传感器的精度较低，并受到自身发热的影响，其温度与测量节点本身的温度有一定的偏差，所以需要单独配置一个高精度温度传感器才能满足测量需求。上述原理中提到的计算都采用现有成熟的技术。

数据采集器是柔性测斜系统的数据收集设备，本身具有RS485接口，与多个测量节点组成一个测量网络，可以是深度测斜应用，也可以是水平沉降应用，还可同时测量振动数据。不同的应用需要选择不同的协议。数据采集器将所有节点的数据收集之后转发到数据服务器，转发接口可通过4G移动网络也可通过以太网接口，设备本身支持IP66防护等级，可在户外使用。

本系统通过多节点角度测量和振动测量实现深度测斜和水平沉降监测的同时还能实现时间同步的振动测量功能，且结构上采用软连接形式，解决目前行业产品的相关缺点和问题，扩展了应用范围，大大降低了整体系统的复杂度和系统的成本；系统后期维护工作简单，费用少。

可选的，如图3所示，测量节点还包括：

时钟电路16，与处理器14连接；时钟电路16负责测量节点1的时间计数工作，可被处理器14配置时间和读取当前时间，在每个测量数据信息中添加时间戳。

存储电路17，与处理器14连接。在连续同步振动采样过程中数据不断的被处理器采集出来，但是RS485总线是不能多个终端节点同时发送数据的，所以数据需要暂时存储然后分时发送，因为每个数据点均带有时间戳信息，所以此操作并不影响时间同步，但会造成数据上传具有一定的延时性，并且对振动采样的频率具有一定的限制，此限制收到RS485通讯速率的影响。经过实际的数据验证，在加入数据压缩算法后会一定程度的提高采样速率。

可选的，如图4所示，多功能柔性测斜系统还包括：移动终端4，与数据服务器3连接；通过移动终端4，工作人员可以实时观测测试数据。

可选的，如图5所示，移动终端包括：

壳体21；

显示器22，设置在壳体21上表面；

按键23，设置在壳体21上表面，位于显示器22下方；

控制器24，与显示器22、按键23连接；

无线通讯模块25，与控制器24连接。

控制器和无线通讯模块设置在壳体内部，控制器通过无线通讯模块从数据服务器上接收数据，并将数据在显示器上显示出来。

可选的，如图6所示，移动终端4包括两个固定脚31，分别设置在移动终端4的下表面的左右两边缘；固定脚31的截面为L型，用于将移动终端4固定到柱子上；

多个固定装置32，设置在固定脚31内侧；

固定装置32包括：

固定垫32-1，用于顶住柱子从而使移动终端4固定到柱子上；

弹簧32-2，一端与固定垫32-1固定连接，另一端与固定脚31连接。

通过将移动终端固定到柱子上，可以解放工作人员的双手，使其完成其他工作。

可选的，如图7所示，固定垫32-1包括：

固定底座42，在固定底座42侧面下端设置有外螺纹，固定底座42底端与弹簧32-2连接；

橡胶垫41，设置在固定底座42上，与固定底座42连接；

固定脚31在固定脚31与弹簧32-2连接位置设置有凹槽孔43，凹槽孔43大小与弹簧32-2大小相适应，在凹槽孔43下方设置有空腔44，空腔44与凹槽孔43连通，在空腔44内设置有固定板45，固定板45与弹簧32-2固定连接，固定板45大小大于凹槽孔43大小，在凹槽孔4上端设置有与外螺纹相配合的内螺纹。

当不需要将移动终端固定到柱子上时，可以通过将固定垫旋转进固定脚的凹槽孔内。

可选的，如图6所示，移动终端4侧面设置有可容纳固定脚31的凹槽33，在凹槽33两侧分别设置一条导轨槽34，两条导轨槽34呈镜像设置；

导柱35，两端分别设置在导轨槽34内，导柱35沿导轨槽34的方向移动，在固定脚31一端设置有可供导柱穿过的贯穿孔。

在不需要固定到柱子上的时候，可以将固定脚收纳到移动终端侧面的凹槽内，具体方式为固定脚跟随导柱运动沿凹槽移动，当导柱移动到凹槽最里端时，固定脚正好被容纳进凹槽。

可选的，移动终端还包括固定脚卡扣装置，设置在移动终端侧面，位于凹槽下方，用于当固定脚从其存放的凹槽内移动出来时，卡扣住固定脚；

如图8所示，固定脚卡扣装置包括：

两个镜像设置的卡扣体51，卡扣体51为柱体，在一侧设置有突起52，突起52的底端为一个平面，突起52的高度从突起52与卡扣柱51连接位置逐渐减少直至为零；突起52底端与卡扣柱51底端之间的距离等于固定脚31的厚度。

通过卡扣装置使固定脚使固定脚与移动终端固定，实现移动终端通过固定脚固定到柱子上。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种多功能柔性测斜系统，其特征在于，包括：

多个测量节点，设置在待测位置；

数据采集器，与所述测量节点通过总线连接；

数据服务器，与所述数据采集器通讯连接；

所述测量节点包括：

三轴加速度传感器，用于检测待测位置的加速度；

磁力计传感器，用于检测待测位置的方位角；

温度传感器，用于检测待测位置的温度；

处理器，与所述三轴加速度传感器、磁力计传感器和温度传感器连接；

RS485接口，与所述处理器和总线连接；

所述处理器将三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据通过RS485接口发送到总线上，所述数据服务器通过所述数据采集器从总线上接收三轴加速度传感器检测的加速度数据、磁力计传感器检测的方位角数据和温度传感器检测的温度数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量节点还包括：

时钟电路，与所述处理器连接；

存储电路，与所述处理器连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多功能柔性测斜系统还包括：移动终端，与所述数据服务器连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述移动终端包括：

壳体；

显示器，设置在所述壳体上表面；

按键，设置在所述壳体上表面，位于所述显示器下方；

控制器，与所述显示器、按键连接；

无线通讯模块，与所述控制器连接。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述移动终端包括两个固定脚，分别设置在所述移动终端的下表面的左右两边缘；所述固定脚的截面为L型，用于将所述移动终端固定到柱子上；

多个固定装置，设置在所述固定脚内侧；

所述固定装置包括：

固定垫，用于顶住柱子从而使移动终端固定到柱子上；

弹簧，一端与所述固定垫固定连接，另一端与所述固定脚连接。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述固定垫包括：

固定底座，在所述固定底座侧面下端设置有外螺纹，所述固定底座底端与所述弹簧连接；

橡胶垫，设置在所述固定底座上，与所述固定底座连接；

所述固定脚在所述固定脚与所述弹簧连接位置设置有凹槽孔，所述凹槽孔大小与所述弹簧大小相适应，在所述凹槽孔下方设置有空腔，所述空腔与所述凹槽孔连通，在所述空腔内设置有固定板，所述固定板与所述弹簧固定连接，所述固定板大小大于所述凹槽孔大小，在所述凹槽孔上端设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移动终端侧面设置有可容纳所述固定脚的凹槽，在所述凹槽两侧分别设置一条导轨槽，两条导轨槽呈镜像设置；

导柱，两端分别设置在导轨槽内，所述导柱沿导轨槽的方向移动，在所述固定脚一端设置有可供导柱穿过的贯穿孔。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述移动终端还包括固定脚卡扣装置，设置在所述移动终端侧面，位于所述凹槽下方，用于当所述固定脚从其存放的凹槽内移动出来时，卡扣住固定脚；

所述固定脚卡扣装置包括：

两个镜像设置的卡扣体，所述卡扣体为柱体，在一侧设置有突起，所述突起的底端为一个平面，所述突起的高度从所述突起与所述卡扣柱连接位置逐渐减少直至为零；所述突起底端与所述卡扣柱底端之间的距离等于所述固定脚的厚度。